CAD第四講 三維繪圖基礎(chǔ)知識(shí)

第9章三維繪圖基礎(chǔ)知識(shí)第9章三維繪圖基礎(chǔ)知識(shí)9.1三維和二維之間的差異9.2常用的三維術(shù)語(yǔ)9.3三維坐標(biāo)系與用戶坐標(biāo)系9.4設(shè)置標(biāo)高和厚度9.1三維和二維之間的差異對(duì)于AutoCAD系統(tǒng)本身來(lái)說(shuō)，三維和二維之間是沒(méi)有差別的，AutoCAD總是具有完整的三維功能。然而，對(duì)于多數(shù)用戶而言，三維和二維兩者之間的操作具有很大的不同。其中根本的差別是，對(duì)象除了具有高度和寬度外還可在另外一個(gè)方向進(jìn)行操作，即能夠生成具有厚度的對(duì)象。這就使得對(duì)象具有另一維尺寸，其結(jié)果將會(huì)使輸入方法發(fā)生變化。9.1三維和二維之間的差異對(duì)象具有另一維尺寸也將影響到觀察的方式。對(duì)于二維操作，總是對(duì)著繪圖平面觀察。對(duì)于三維操作，因?yàn)橐粋€(gè)對(duì)象常在另一個(gè)對(duì)象之上，因而，總是以一定的角度觀察對(duì)象。此外，在構(gòu)造模型時(shí)會(huì)以不同的方向觀察，也許在屏幕上會(huì)有幾個(gè)視口(Viewport)，即同時(shí)從不同的視點(diǎn)觀察模型。9.2常用的三維術(shù)語(yǔ)9.2.1模型9.2.2線框模型9.2.3表面模型9.2.4實(shí)體模型9.2.5渲染9.2.1模型與用粘土、石膏或紙板代替某些實(shí)物或平面對(duì)象時(shí)使用的術(shù)語(yǔ)相同，在AutoCAD中建立的三維對(duì)象一般稱為模型（model）。與這些物理模型一樣，AutoCAD的模型是真正的三維對(duì)象，且容易建立和修改；但又不同于物理模型，不可以直接接觸。建立一個(gè)模型的過(guò)程稱為造型（modeling）。雖然術(shù)語(yǔ)“模型”和“造型”也可用于AutoCAD的二維對(duì)象，但是，它們通常用于三維模型，二維操作中涉及到的稱為作圖或繪圖。9.2.2線框模型線框模型（WireframeModel）僅僅用邊來(lái)表示一個(gè)對(duì)象，在各邊之間什么東西都沒(méi)有。因而，位于對(duì)象后的線條無(wú)法隱去。圖中表示了一個(gè)簡(jiǎn)單的線框模型。該模型由15條邊構(gòu)成，用兩個(gè)圓表示一個(gè)圓孔的邊界。9.2.3表面模型表面模型（SurfaceModel）在各邊之間具有一個(gè)由計(jì)算機(jī)確定的無(wú)厚度表面。雖然，表面模型看起來(lái)是一個(gè)實(shí)體，但是實(shí)際上是一個(gè)空的外殼。9.2.4實(shí)體模型實(shí)體模型（SolidModel）具有邊和面，還有在其表面內(nèi)由計(jì)算機(jī)確定的質(zhì)量。9.2.5渲染使一個(gè)表面模型或?qū)嶓w模型具有明暗、真實(shí)感的圖像稱為渲染（Rendering）。AutoCAD系統(tǒng)提供了一組圖形渲染的命令，包括設(shè)置和控制光源、處理模型表面特征等命令。9.3三維坐標(biāo)系與用戶坐標(biāo)系9.3.1三維坐標(biāo)系9.3.2右手定則9.3.3在三維空間確定點(diǎn)9.3.4用戶坐標(biāo)系（UCS）9.3.5調(diào)整UCS9.3.6UCS圖標(biāo)的顯示控制9.3.7UCS管理器9.3.1三維坐標(biāo)系通常，點(diǎn)是每個(gè)AutoCAD對(duì)象的核心。一條直線起于一點(diǎn)終于另一點(diǎn)，一個(gè)圓的圓心為一個(gè)點(diǎn)。甚至在空間旋繞的復(fù)雜曲線也是由基于點(diǎn)的方程定義的。AutoCAD系統(tǒng)用直角坐標(biāo)系來(lái)確定點(diǎn)在空間的位置。在法國(guó)數(shù)學(xué)家笛卡兒（1596-1650）以后，直角坐標(biāo)系通常稱為笛卡兒坐標(biāo)系。9.3.1三維坐標(biāo)系在三維坐標(biāo)系中：有三個(gè)標(biāo)為X、Y和Z的軸，它們互相垂直。三個(gè)軸所交的公共點(diǎn)稱為原點(diǎn)。每軸有兩個(gè)端點(diǎn)，從原點(diǎn)起分正負(fù)方向。Z軸的正方向由簡(jiǎn)稱為右手定則的方法確定?？臻g一個(gè)點(diǎn)的位置作為三個(gè)數(shù)值保存，各數(shù)值之間用逗號(hào)分開：x，y，z。9.3.1三維坐標(biāo)系9.3.2右手定則要掌握AutoCAD如何使用三維空間，應(yīng)使用一個(gè)稱為“右手定則”的技術(shù)。舉起你的右手，假設(shè)用拇指表示X軸，食指表示Y軸，中指表示Z軸，伸直拇指和食指并成90°角，中指垂直于手掌，則此時(shí)這三個(gè)手指的指向分別為X軸、Y軸和Z軸的正向。9.3.2右手定則9.3.2右手定則此外，還可以使用右手定則判斷旋轉(zhuǎn)的正方向。使拇指指向旋轉(zhuǎn)軸的正方向，然后向手掌方向彎曲中指、無(wú)名指和小拇指，則手指彎曲的方向即為旋轉(zhuǎn)的正方向。9.3.2右手定則9.3.3在三維空間確定點(diǎn)因?yàn)樗械腁utoCAD對(duì)象（線、文字、圓、樣條曲線和表面等）都是利用確定其關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)作出圖形，所以，AutoCAD提供了幾種不同的方法來(lái)輸入點(diǎn)的位置。使用點(diǎn)輸入設(shè)備輸入X、Y和Z坐標(biāo)使用點(diǎn)過(guò)濾輸入柱面坐標(biāo)輸入球面坐標(biāo)（1）使用點(diǎn)輸入設(shè)備輸入點(diǎn)最方便的方法是用鼠標(biāo)和數(shù)字化球指定其位置。然而，點(diǎn)輸入設(shè)備只能定位在XY平面上的點(diǎn)。通過(guò)目標(biāo)捕捉方式，點(diǎn)輸入設(shè)備能夠拾取XY平面上一個(gè)已有對(duì)象上的點(diǎn)，如一個(gè)實(shí)體的端點(diǎn)等。在三維造型中，實(shí)際上可用鍵盤來(lái)輸入點(diǎn)的位置。（2）輸入X、Y和Z坐標(biāo)當(dāng)用鍵盤輸入點(diǎn)的位置時(shí)，大多數(shù)是用X、Y和Z坐標(biāo)。盡管可以只輸入兩個(gè)坐標(biāo)值，但是三個(gè)坐標(biāo)值之間必須用逗號(hào)分開。當(dāng)略去點(diǎn)坐標(biāo)的第三個(gè)數(shù)值時(shí)，AutoCAD假定點(diǎn)在XY平面上并設(shè)置Z坐標(biāo)為0；如果預(yù)先設(shè)置的標(biāo)高大于0；AutoCAD就假定點(diǎn)在與XY平面平行的平面上，且所輸入點(diǎn)的Z值等于標(biāo)高值。既可以使用絕對(duì)坐標(biāo)（基于坐標(biāo)系原點(diǎn)），也可以使用相對(duì)坐標(biāo)（基于最近一次輸入的點(diǎn)）。在相對(duì)坐標(biāo)值的前面加一個(gè)符號(hào)“@”。（3）使用點(diǎn)過(guò)濾可以用點(diǎn)的過(guò)濾方式分別指定三個(gè)坐標(biāo)中的一個(gè)或兩個(gè)。在任何時(shí)候都可使用點(diǎn)過(guò)濾方式，AutoCAD要求的點(diǎn)過(guò)濾輸入方式為在點(diǎn)號(hào)后面緊接需要過(guò)濾的點(diǎn)坐標(biāo)。如，輸入.x就過(guò)濾X坐標(biāo)。AutoCAD將提示輸入一個(gè)提供被過(guò)濾坐標(biāo)的點(diǎn)。通常，可用目標(biāo)捕捉來(lái)輸入過(guò)濾的點(diǎn)。然后，AutoCAD提示輸入尚缺的坐標(biāo)，也可使用坐標(biāo)過(guò)濾獲得。除了用.x、.y和.z過(guò)濾一個(gè)坐標(biāo)外，還可以用.xy、.xz和.yz同時(shí)過(guò)濾兩個(gè)坐標(biāo)值。（3）使用點(diǎn)過(guò)濾（4）輸入柱面坐標(biāo)對(duì)于三維對(duì)象（如基于螺旋狀和螺旋的對(duì)象）的點(diǎn)用柱面坐標(biāo)輸入更為容易。柱面坐標(biāo)并不表示一個(gè)不同的坐標(biāo)系，只是確定三維點(diǎn)的另一種方式。絕對(duì)柱面坐標(biāo)的格式為：D<A,ZD為該點(diǎn)在XY平面上的投影到原點(diǎn)的距離；A為該點(diǎn)在XY平面上與X軸的角度；Z為該點(diǎn)到XY平面的距離。（4）輸入柱面坐標(biāo)無(wú)疑地會(huì)注意到柱面坐標(biāo)實(shí)際上是二維極坐標(biāo)再加上另一維Z。絕對(duì)柱面坐標(biāo)為7.3485<27,3的點(diǎn)的位置，如圖所示?？梢栽谥孀鴺?biāo)前帶符號(hào)“@”指定相對(duì)于最近輸入點(diǎn)的一個(gè)點(diǎn)。（4）輸入柱面坐標(biāo)（5）輸入球面坐標(biāo)球面坐標(biāo)用一個(gè)距離和兩個(gè)角度來(lái)指定點(diǎn)的位置。其格式為：D<HA<VAD為該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離;HA為該點(diǎn)在XY平面的投影同坐標(biāo)系原點(diǎn)連線與X軸正方向的夾角;VA為該點(diǎn)同坐標(biāo)系原點(diǎn)連線與XY平面的垂直角度。（5）輸入球面坐標(biāo)球面坐標(biāo)為10.3923<45<35的點(diǎn)如圖所示。注意，其距離值按該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離來(lái)計(jì)量，并不是在柱面坐標(biāo)中該點(diǎn)投影到XY平面上的水平距離。當(dāng)需要根據(jù)與一個(gè)已知點(diǎn)的角度和距離來(lái)確定點(diǎn)時(shí)，球面坐標(biāo)是很有用的。可以在球面坐標(biāo)前帶符號(hào)“@”指定相對(duì)于最近輸入點(diǎn)的一個(gè)點(diǎn)。（5）輸入球面坐標(biāo)9.3.4用戶坐標(biāo)系（UCS）（1）使用坐標(biāo)系的作用（2）用戶坐標(biāo)系圖標(biāo)（1）使用坐標(biāo)系的作用雖然，在構(gòu)造三維模型時(shí)必須有一個(gè)全局坐標(biāo)系（在該坐標(biāo)系中，空間的每個(gè)點(diǎn)依賴于一個(gè)原點(diǎn)），但是，具有一個(gè)依賴空間一個(gè)特定對(duì)象的局部坐標(biāo)系常常更為方便。（1）使用坐標(biāo)系的作用（2）用戶坐標(biāo)系圖標(biāo)AutoCAD提供了一個(gè)幫助在三維空間確定方位的圖標(biāo)。該圖標(biāo)常常位于視口的左下角，實(shí)際上對(duì)于所有AutoCAD操作來(lái)說(shuō)是無(wú)形的。它不能被繪圖機(jī)和打印機(jī)輸出，也不能包括在實(shí)體選擇集中。（2）用戶坐標(biāo)系圖標(biāo)在圖標(biāo)中包含了令人驚奇的大量信息X和Y軸的方向用標(biāo)有X和Y的寬箭頭表示。當(dāng)UCS與WCS完全重合時(shí)，在箭頭中顯示W(wǎng)，并指向Y方向。如果不顯示W(wǎng)，則表示UCS已相對(duì)于WCS移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。如果圖標(biāo)位于坐標(biāo)系原點(diǎn)，在X和Y箭頭的交點(diǎn)中心處將顯示十字。如果視圖方向正對(duì)XY平面且Z軸指向你，就在X和Y箭頭的交點(diǎn)中心顯示一個(gè)正方形。沒(méi)有正方形表示Z軸的指向背離你。9.3.5調(diào)整UCS命令行輸入：UCS菜單：工具正交UCS（移動(dòng)或新建UCS）UCS命令的選項(xiàng)（1）新建（N）：創(chuàng)建一個(gè)新的UCS。下級(jí)選項(xiàng)如下：①Z軸（ZA）。通過(guò)輸入兩個(gè)點(diǎn)來(lái)確定新的UCS，第一點(diǎn)確定新UCS的原點(diǎn)，第二點(diǎn)確定Z軸正方向。②三點(diǎn)（3）。通過(guò)輸入三個(gè)點(diǎn)來(lái)確定新的UCS，第一點(diǎn)確定新原點(diǎn)位置，第二點(diǎn)指定X軸的正方向，第三點(diǎn)用于確定Y軸正方向。UCS命令的選項(xiàng)③對(duì)象（OB）。通過(guò)指定一個(gè)已經(jīng)存在的對(duì)象放置UCS。④面（F）。將UCS定位于三維實(shí)體表面（3Dsolid）的平面上?？梢酝ㄟ^(guò)拾取邊上的點(diǎn)或者表面上的點(diǎn)來(lái)選擇一個(gè)面。選中面的邊將高亮顯示，UCS將定位在該面上。其原點(diǎn)位于面上離所選點(diǎn)最近的角上，X軸位于離所選點(diǎn)最近的邊上，當(dāng)選擇Next選項(xiàng)時(shí)，UCS將移到下一個(gè)合適的表面，選擇X軸反向和Y軸反向選項(xiàng)，可以使UCS的平面繞X或Y軸旋轉(zhuǎn)180°。UCS命令的選項(xiàng)⑤視圖（V）。UCS的定位為：XY平面垂直于當(dāng)前視圖方向，X軸平行于視口的底部，Y軸為鉛垂方向。Z軸指向屏幕外的觀察者。UCS的原點(diǎn)不變。⑥X/Y/Z。選擇這三個(gè)選項(xiàng)的每一個(gè)均使UCS沿指定的軸旋轉(zhuǎn)。角度可直接輸入或用點(diǎn)選確定，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向根據(jù)右手定則。UCS命令的選項(xiàng)UCS命令的選項(xiàng)（2）移動(dòng)（M）該選項(xiàng)用于移動(dòng)當(dāng)前的UCS的原點(diǎn)。如果輸入一點(diǎn)，UCS的原點(diǎn)就將移到該點(diǎn)。若選Zdepth(Z方向深度)選項(xiàng)則使UCS原點(diǎn)沿Z軸相對(duì)于當(dāng)前XY平面向上或向下移動(dòng)。選擇該選項(xiàng)后，提示輸入距離值。正值使原點(diǎn)沿Z軸正方向移動(dòng)，而負(fù)值使原點(diǎn)沿Z軸負(fù)方向移動(dòng)。UCS命令的選項(xiàng)（3）正交（G）該選項(xiàng)用于預(yù)定義正交UCS，有6個(gè)選項(xiàng)：俯視、仰視、正視、后視、左視、右視。（4）上一個(gè)（P）該選項(xiàng)用于恢復(fù)上一次設(shè)置的UCS狀態(tài)。（5）恢復(fù)（R）該選項(xiàng)用于重載以前存盤的UCS設(shè)置。UCS命令的選項(xiàng)（6）保存（S）按指定名稱保存當(dāng)前UCS的配置。（7）刪除（D）刪除一個(gè)保存的UCS。（8）應(yīng)用（A）將UCS從一個(gè)視口復(fù)制到另一個(gè)視口。被復(fù)制的UCS是開始執(zhí)行UCS命令時(shí)當(dāng)前視口的用戶坐標(biāo)系。如果選擇ALL選項(xiàng)，當(dāng)前視口的UCS將應(yīng)用于所有視口。UCS命令的選項(xiàng)（9）？用來(lái)列出已保存的UCS清單，顯示其原點(diǎn)和相對(duì)于當(dāng)前UCS的和各坐標(biāo)軸方向。（10）世界（W）恢復(fù)世界坐標(biāo)系（WCS）。9.3.6UCS圖標(biāo)的顯示控制命令：Ucsicon菜單：視圖

顯示

UCS圖標(biāo)

功能：控制UCS圖標(biāo)的顯示方式。9.3.6UCS圖標(biāo)的顯示控制Ucsicon命令的選項(xiàng)開（ON）。顯示UCS圖標(biāo)。關(guān)（OFF）。不顯示UCS圖標(biāo)。全部（A）。使圖標(biāo)修改應(yīng)用于所有視口。非原點(diǎn)（N）。不管UCS原點(diǎn)的實(shí)際位置，強(qiáng)制圖標(biāo)在視口的左下角顯示。原點(diǎn)（OR）。無(wú)論何時(shí)，總使圖標(biāo)位于UCS原點(diǎn)。如果原點(diǎn)不在視口里或者原點(diǎn)太靠邊無(wú)法放置圖標(biāo)，則圖標(biāo)將在視口的左下角顯示。特性（P）。彈出UCS圖標(biāo)窗口，可進(jìn)行設(shè)置。9.3.7UCS管理器命令：Ucsman菜單：工具

命名UCS功能：彈出UCS窗口，可進(jìn)行設(shè)置。第10章表面模型第10章表面模型表面造型除了定義3D對(duì)象的邊界，還定義這些邊界間的曲面。用曲面可以構(gòu)造一些模型，它能隱藏表面后的對(duì)象，且能作逼真渲染的模型。雖然線框是3D造型必不可少的一個(gè)組成部分，但由于它的粗略總給人一種未完成似的感覺(jué)，而且由于沒(méi)有逼真的外觀，因此很難令人滿意。而表面造型對(duì)于構(gòu)造逼真的模型就進(jìn)了一層。用曲面構(gòu)造的房子、齒輪等，看上去就跟真的一樣了。第10章表面模型10.1表面的特征10.2設(shè)置新的標(biāo)高和厚度10.3創(chuàng)建三維面10.4創(chuàng)建三維多邊網(wǎng)格模型10.5創(chuàng)建直紋曲面與平移曲面模型10.6創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)曲面與邊界曲面模型10.7利用對(duì)話框創(chuàng)建基本三維表面模型10.8相關(guān)變量的設(shè)置10.1表面的特征沒(méi)有厚度。表面模型僅為一空殼?？瓷先ビ悬c(diǎn)像鐵絲網(wǎng)。其實(shí)它是一個(gè)極薄的面，有頂，有底，還有四周。曲面里是空的。若要在此面上表示一個(gè)孔。就得在其頂部、底部各挖一個(gè)圓，再用一圓管來(lái)表示孔壁才行。用了hide和shademode命令后，曲面模型能隱藏其后的對(duì)象及曲面。而在透明的線框模式下，曲面總是可見(jiàn)的。10.1表面的特征渲染后能被著色和賦予材質(zhì)，能感受光。這些是仿造物理光學(xué)定律，著色的材質(zhì)產(chǎn)生逼真的3D模型圖像。AutoCAD曲面總是平的，若是曲面或圓柱面就用小的矩形面元或三角形面元來(lái)逼近。10.2設(shè)置標(biāo)高和厚度命令：elev或elevation指定新的標(biāo)高值。系統(tǒng)將把用戶指定的高度值作為缺省的Z坐標(biāo)值。指定新的厚度值。命令：change可改變對(duì)象的顏色、標(biāo)高、圖層、線型、比例、線寬、厚度。10.2設(shè)置標(biāo)高和厚度命令：properties或菜單：修改

特性在對(duì)象特性窗口中可修改對(duì)象特性，類似于change命令。命令：thickness設(shè)置新的厚度值。與elev命令中的設(shè)置一樣。該設(shè)置將影響新的對(duì)象的厚度。以上四個(gè)命令，一般不常用，特殊情況用，隨著CAD版本的提高，可用其他比較方便的命令快速完成10.3創(chuàng)建三維面3DFACE在三維空間中的任意位置創(chuàng)建一個(gè)三邊或四邊曲面。可以為三維面的每一個(gè)角點(diǎn)指定不同的Z坐標(biāo)值。3DFACE與SOLID不同，SOLID創(chuàng)建與當(dāng)前用戶坐標(biāo)系(UCS)XY平面平行的三邊或四邊曲面，并且不能對(duì)每個(gè)角點(diǎn)使用不同的Z坐標(biāo)值。命令：3dface菜單：繪圖

曲面

三維面10.4創(chuàng)建三維多邊網(wǎng)格模型命令：3dmeshAutoCAD用矩陣來(lái)定義多邊形網(wǎng)格，其大小由M和N網(wǎng)格數(shù)決定。M×N等于必須指定的頂點(diǎn)數(shù)量。在AutoCAD中，網(wǎng)格中每個(gè)頂點(diǎn)的位置由m和n（即頂點(diǎn)的行列坐標(biāo)）定義。定義頂點(diǎn)首先從頂點(diǎn)(0,0)開始。在指定行m+1上的頂點(diǎn)之前，必須先提供行m上的每個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)位置。頂點(diǎn)之間可以是任意距離。網(wǎng)格的M和N方向由其頂點(diǎn)位置決定。10.4創(chuàng)建三維多邊網(wǎng)格模型10.5創(chuàng)建直紋曲面與平移曲面命令：Rulesurf在兩條曲線之間構(gòu)造一個(gè)表示直紋曲面的多邊形網(wǎng)格。所選擇的對(duì)象用于定義直紋曲面的邊。該對(duì)象可以是點(diǎn)、直線、樣條曲線、圓、圓弧或多段線。如果有一個(gè)邊界是閉合的，那么另一個(gè)邊界必須也是閉合的?？梢詫⒁粋€(gè)點(diǎn)作為開放或閉合曲線的另一個(gè)邊界，但是只能有一個(gè)邊界曲線可以是一個(gè)點(diǎn)。10.5創(chuàng)建直紋曲面與平移曲面10.5創(chuàng)建直紋曲面與平移曲面命令：Tabsurf構(gòu)造一個(gè)多邊形網(wǎng)格，此網(wǎng)格表示一個(gè)由輪廓曲線和方向矢量定義的基本平移曲面。輪廓曲線定義多邊形網(wǎng)格的曲面。它可以是直線、圓弧、圓、橢圓、二維或三維多段線。AutoCAD?從輪廓曲線上離選定點(diǎn)最近的點(diǎn)開始繪制曲面。AutoCAD對(duì)方向矢量只考慮多段線的第一點(diǎn)和最后一點(diǎn)，忽略中間的頂點(diǎn)。方向矢量指出形狀的拉伸方向和長(zhǎng)度。10.5創(chuàng)建直紋曲面與平移曲面10.6創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)曲面與邊界曲面命令：Revsurf通